循环流化床锅炉磨损探讨

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,循环流化床锅炉磨损探讨,1,本节课主要内容,1、循环流化床锅炉金属表面磨损；,重点讲述密相区水冷壁管磨损防磨。,2、耐火耐磨材料磨损；,重点讲述高温分离器耐火材料磨损防磨。,磨损部位安装施工问题,2,前言,循环流化床燃烧技术是一项近20年发展起来的清洁煤燃烧技术，是继链条炉、煤粉炉发展起来的高效率、低污染的新炉型，因其燃烧效率高、煤种适应性广、负荷调节范围大、氮氧化物排放低、易于脱硫等优点而备受青睐，已在世界范围内得到了广泛的应用和推广。随着循环流化床燃烧技术的日益成熟，循环流化床锅炉也以其大量的运行实践被公认为极具发展前途的炉型之一，成为今后电站锅炉的发展趋势。但这种炉型有一种致命弱点，就是磨损问题、也是严重制约了该炉型长周期经济的运行。请看图片,3,循环流化床锅炉图片,密相区,稀相区,中心筒,立管,返料器,密相区水冷壁,交界处,旋风分离器入口烟道,分离器出口烟道,冷渣机,风帽位置,空气预热器,高过、低过,省煤器,点火装置,炉膛返料口,去电除尘,旋风分离器,炉膛,4,第一节、磨损,磨损的概念：流体或固体颗粒以一定的速度和角度对受热面和耐火材料表面进行冲击所造成的磨伤和损坏称为磨损。在循环流化床锅炉中磨损是其受热面事故的第一原因，现就运行中磨损方面应注意的几个问题进行说明。,一、锅炉中易磨损的主要部位,在循环流化床锅炉中，由于炉内固体物料浓度、粒径比煤粉炉要大得多，所以流化床锅炉受热面的磨损要严重得多，但炉内磨损并不是均匀，一般磨损部位有一下几处：,（1）风帽磨损，最严重的区域在物料返料口附近,5,（2）水冷壁磨损，最严重部位炉膛下部水冷壁与耐火浇注料交界处、炉膛四角区域以及一些不规则管壁，这些不规则管壁包括穿墙管、炉墙开孔处的弯管、管壁上焊缝等；,（3）二次风喷嘴处和热电偶插入处。,（4）高温旋风分离器的入口烟道及上部区域以及中心筒。,（5）对流烟道受热面的某些部位，如过热器、省煤器和空气预热器的某些部位。,6,二、磨损的主要危害,循环流化床锅炉主要分受热面磨损和耐火材料磨损。在受热面磨损中，不管是水管、汽管、烟管还是风管的磨损，轻者导致热应力变化，使其受热不均匀，重者造成爆管或受热面泄露，严重时导致锅炉停炉；耐火材料磨损会使耐火层脱落、锅炉漏风或加重磨损受热面；风帽磨损导致布风不均匀，严重时会使锅炉结焦，这些都将不同程度影响锅炉正常及安全经济运行。,三、磨损的处理,对于可能磨损或已经磨损的部位，检修中要进行认真检查并及时处理。如更换已磨损的风帽、水冷壁管、防磨瓦，补修已磨损耐火材料，也可更,7,合适的耐火材料或加装防护件等，如：,（1）选择适合于循环流化床锅炉的防磨材料；,（2）采用金属表面喷涂技术和其他表面处理；,（3）“蓝泥”防磨技术；,（4）受热面加装防磨构件，安装防磨瓦等；,（5）某些特殊部位改变其几何形状，炉膛内表面的管子，做到“平”、“直”、“滑“，不要有凸起的部位。,对某些已严重磨损部位并在运行中发现时，如受热面特别是承压部件发生爆管、泄露等时，及时停炉检修，防止事故扩大。,8,二、耐火材料脱落,长期在高温条件下运行的循环流化床锅炉，启停及负荷变化容易造成反复的热冲击，炉内又有大量高速运动的高温固体物料冲击，因此在燃烧室中需要使用耐火材料来对受热面等进行保护。另外在高温分离器、烟道及物料回送管路等处也要使用大量耐火材料。然而运行中，经常会由于种种原因造成耐火材料脱落，调查表明在锅炉事故中因耐火材料层脱落而造成的事故约占15%，他是仅次于受热面磨损的第二大事故原因。,9,1、耐火材料破环的原因分析,（1）由于温度波动和热冲击以及机械应力造成耐火材料产生裂缝和剥落。温度波动时，由于耐火材料骨料和粘合料间热膨胀系数不同而形成内因应力，从而破坏耐火材料层，造成耐火材料内衬的裂缝和剥落。温度快速变化造成的热冲击（如启动过程中）可使耐火材料内的应力超过抗拉强度而剥落。机械应力所造成的耐火材料的破坏则主要由于耐火材料与穿过耐火材料内衬处金属件间热膨胀系数不同而造成的。,（2）由于固体物料对耐火材料的冲刷而造成耐火材料的破坏。循环流化床锅炉内耐火材料的易磨,10,损区域包括边角区、旋风锋利其和固体物料回送管路等。试验数据表明，耐火材料的磨损随冲击角的增大而增加，因此在进行旋风分离器、烟道等施工时应使冲击角尽量减小。,（3）耐火层脱落的防止措施,要防止耐火层脱落，一方面应从设计角度选好性能良好的耐火材料。在敷设采用几种不同材料进行分层敷设，并可在衬里内添加金属纤维增加其刚性和抗冲击能力。另外，在锅炉启停过程中，应限制温升或降温速度，防止产生过大热应力。,11,重点讲述燃烧室下部水冷壁管磨损,1、炉膛水冷壁的磨损,水冷壁管的磨损是受热面磨损中最严重部位之一。根据管壁各部位磨损的现状，炉膛水冷壁主要分为一下两种情况。,（1）水冷壁管与耐火材料交界处磨损：,如下图：,12,13,可以看出磨损发生在炉膛下部耐火材料与水冷壁交界处，这种结构磨损相当严重。经验证明管壁上任何凹凸不平的不规则形状都会加剧磨损，炉膛下部敷设耐火材料与水冷壁管的交界处就是这种情况，为改进磨损严重区的磨损状况，又把水冷壁的耐磨耐火材料交界处的设计作如图所示的修改。尽可能减小耐火材料搁台的尺寸及磨损区在受热面管壁上增加一层表面堆焊层。卫燃带与水冷壁管交界处的磨损有两方面的原因，一是在交界区域沿壁面向下流动的固体物料与炉内向上流动的固体物料运动方向相反，在局部产生涡流，另一个原因是沿壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变，对水冷壁管产生冲刷。另外，焊缝磨损也是水冷壁管易磨损的部位之一。焊缝磨损属于局部磨损，首先发生在焊缝上部，直到焊缝磨平为止。,14,15,第二节，耐火材料防磨,一、简单介绍国内耐火材料特性以及我公司常用耐火材料。,目前国内循环流化床锅炉用耐火材料一般按作用可分为三类：耐磨耐火材料砖、浇注料、可塑料和灰浆；耐火材料砖、浇注料和灰浆；耐火保温材料砖、浇注料和灰浆。通常采用的耐磨耐火材料的品种有：磷酸盐砖和浇注料，硅线石砖和浇注料，碳化硅砖和浇注料，刚玉砖和浇注料，耐磨耐火砖和浇注料，最高档次的还有氮化硅结合碳化硅产品等品种。,16,二、耐火材料选择,。,材料的选择要从材料的物化性质(包括耐磨性、耐热性、耐蚀性、导热性、稳定性、热胀性、收缩性、抗压抗折性和容重)着手，兼顾经济性。结合内衬部位的特点、承载内衬的部件结构、耐温抗磨要求进行综合比较，做到技术先进、结构可靠和经济合理。因此，耐火材料一般都采用几种不同材料进行分层敷设。,内衬材料有定型制品与不定型制品，定型制品以预制品和砖为主，而砖在循环流化床锅炉中大面积的耐磨墙体中应用较多，如分离器、返料器、尾部烟道等。常用的衬里材料有硅线石砖、锆铬刚玉砖、氮化硅砖、碳化硅砖等。,17,不定型制品有耐磨耐火可塑料、耐磨耐火捣打料、耐磨耐火浇注料等。,（1）耐磨耐火可塑料：是由耐火骨料、结合剂和液体组成的混合料。交货状态为具有可塑性的软坯状或不规则形状的料团，可以直接使用，主要结合剂为陶瓷、化学(无机、有机无机、有机)结合剂。以捣打(手工或机械)、振动、压制或挤压方法施工，在高于常温的加热作用下硬化。为我公司常用耐火材料。耐磨可塑料的成分为11.44%SiO2、0.88%Fe2O3、80.34%Al2O3。,（2）耐磨耐火捣打料：组成基本与耐磨耐火可塑料相同，所不同的是耐磨耐火捣打料一般来说均在现场调配，用多少配多少，最适合用于用量不大的修补，而耐磨耐火可塑料，不宜久存，特别是开封后极易硬化，故较适用于用量较大的批量施工。如悬吊在炉膛的受热管束，使用现存的可塑性软坯在管节距之间捣打挤压，既密实又施工方便。,18,（3）耐磨耐火浇注料：是由耐火骨料和结合剂组成的混合料。交货状态为干态，加水或其他液体调配使用。主要结合剂为水硬化性结合剂，也可以采用陶瓷和化学结合剂，以浇注、振动的方法施工，无须加热即可凝固硬化。因此，在循环流化床锅炉中，一些不宜承受强烈热冲击的设备以及难以烘烤的部位如炉膛出口、分离器、返料腿、尾部烟道等，利用专用的振动棒振实耐磨耐火浇注料，自然养护即可。,19,介绍高温分离器耐火材料脱落,炉膛顶部及分离器入口段，旋风筒弧面与烟道平面相交部位是磨损主要部位。在此部位烟气发生旋转，物料方向改变，速度高且粒度粗、密度大，磨损就很快，同时，该部位耐火材料较厚，一般情况下又不均匀，温度梯度也不均匀，加之经受900以上的高温，偶尔也会达到1100以上，因此过度的热冲击会引起衬里材料的裂缝，造成耐磨材料的破坏。另外，分离器筒体和锥体都承受着相当恶劣的工作条件，,20,其中可能会承受几分钟之内500600的温度冲击、循环变化及磨损等。对许多衬里来说，反复的热冲击、温度循环变化、磨损和挤压剥落等共同导致了大面积损坏。当裂纹或磨损发生时，表面更粗糙或有凸起，磨损速度将进一步加快。,对于旋风分离器下部锥体，由于面积缩小，物料汇集密度增大且粒度最大，加上物料下落速度快，必然造成快速磨损。,21,从耐火材料结构上来看，旋风分离器的浇注为分层分块浇注，各层均用耐热钢筋固定于钢梁上上。每块之间留有膨胀间隙，分层错开。一般情况下，对于炉膛顶部及分离器入口这两个部位均使用密实且含有不锈钢纤维丝的抗磨材料，这种材料具有令人满意的使用寿命。若由于热冲击、温度波动等原因造成过多的裂缝或损坏时，可以采用熔氧化硅基浇注料取而代之。,对于旋风分离器筒体和锥体，一般采用超强浇注料。当发生裂缝磨损时，修补方案之一是用耐磨莫来石砖覆盖的耐火砖或耐火预制块来代替浇注的厚衬里。也可以用磷酸盐粘结可塑料进行修补。,22,旋风分离器的易磨损区域，旋风分离器的磨损主要发生在进口烟道和筒体上部的区域。,2立管及返料器,循环流化床锅炉中，这一部分经常出问题。热冲击、严重的磨损及循环变化导致了反复的损坏。很多原始设计都使用厚的密实保温浇注料，不过因为很难有足够的施工空间，这种材料很难施工得当。衬里的浇注料保温层用振动浇注法施工。在耐磨可塑料料中添加不锈钢纤维丝用耐热抓丁浇注。,23,三、运行中磨损原因：,运行中磨损原因有如下两点：,（1）当运行中颗粒组分中粗颗粒较多时，燃煤粒径分布达不到循环床锅炉的要求，粒子循环量小，粗颗粒将沉浮于燃烧室下部燃烧，造成密相床燃烧份额过大，炉床将超温结焦。运行中为避免结焦，减少给煤，会造成锅炉达不到设计蒸发量。为防止粗颗粒煤沉低而引发事故，通常采用大风量运行；不仅在额定负荷下风门全开，而且在低负荷时也不关小风门。这种大风量运行方式，不仅引起烟气量、烟温的变化，还会因大风量而造成扬析量增大、密相床燃烧份额下降、飞灰浓度增加等变化。同时，通过对流受热面的烟气流速上升，烟气中粒子尺寸增大，急剧加速了受热面的磨损。,24,（2）运行时如果颗粒组分中细颗粒比较多时，则床层不易建立，密相床的温度难以维持，即使能维持密相床的燃烧温度，较细的颗粒也将被扬析，加大尾部受热面的磨损，同时也难以保证锅炉烟气出口的粉尘排放要求。,因此，在运行中应注意控制风量，降低烟气的流速，控制床料及煤粒的筛分比，减少灰粒子浓度和粒子直径，以减少磨损。,25,简单介绍磨损部位安装施工问题：,1、炉膛密相区,炉膛布风板周围为四侧水冷壁，在布风板上部3.5m高度范围内水冷壁内侧全部焊接销钉，整体浇注“耐高温耐磨刚玉可塑料”，外侧安装金属护板。该区域是循环流化床锅炉燃烧的中心，在此进行煤粒流化、燃烧、燃尽的全过程。该部位的磨损全部由耐高温耐磨浇注料来承担，浇注料的材质和施工是减少磨损的重点。,首先是选择合适的材料，浇注料在不同温度下,26,的耐磨度很低，故在施工前要特别注意材料的选用有的材料在14001600范围内耐磨度最高，但在8001000 温度区耐磨度很低，故在施工前要特别注意材料的选用。循环流化床锅炉燃烧温度为8001000 ，因此要选用在这个温度区耐磨度最大的材料，我公司选择材料为”耐磨刚玉可塑料”这种材料最高使用温度1350 、耐磨系数8CC，这种材料在耐火材料中价格最高、耐磨系数最高产品。同时在施工中注意一下几点：,耐磨浇注料施工,（1）水灰比必须控制好，要严格按材料使用说明书施工。有资料称加水量增加1%，浇注料强度降,27,低20%左右。施工用水必须洁净酸碱度要符合要求。,刚玉耐磨可塑料施工：稀释材料为磷酸溶液，调和比例为20%，对增加溶液不受影响。,2、无论是刚玉耐磨可塑料还是耐磨浇注，都要搅拌均匀，使用强制搅拌机，搅拌至糊状。搅拌好浇注不可存放时间过长。,3、使用小直径振捣棒或片式振捣帮，将浇注料捣实。,4、烘炉温升曲线严格按材料供应厂家提供资料进行。,28,2、水平烟道,水平烟道是烟气从炉膛进入旋风分离器的通道，俗称老鹰嘴，结构一般为底面和两侧砌筑耐高温耐磨砖，顶部为耐高温刚玉可塑料。水平烟道入口四周的水冷壁，其向火面焊接销钉，敷设耐高温耐磨浇注料。高速烟气携带大量的未燃尽的煤粒和飞灰，旋转90进入水平烟道，在入口处对水冷壁形成冲击，因此在入口水冷壁向火敷设400mm宽浇注料。水平烟道流通面积小，烟气从炉膛进入水平烟道后流速增大。同时水平烟道截面为渐缩喷嘴状，烟气流速在水平烟道内逐渐增大，在旋风分离器进口风速达到20m/s左右，对四壁磨损很大，也有可能引起振动。此处耐高温,29,耐磨浇注料的选材和施工要求与炉膛密相区相同。耐高温耐磨砖和砌筑耐火泥，必须选用8001000温度区耐磨度最大的材料。选材失误会造成永久后患，严重影响安全经济运行。,老鹰嘴侧墙不可砌筑成单墙，增加牵连砖往往也不能解决根本问题，长时间冲刷、振动会造成墙体倒塌。侧墙与护板之间用耐热钢筋连接，可在高度方向每500mm连接一道。,3、旋风分离器和料腿,旋风分离器上部圆顶（俗称八卦顶）和下部锥体为耐高温耐磨浇注料，中部直筒砌筑耐高温砖，旋风分离器外部安装护板。料腿为一圆筒状,30,内部打浇注料，中部为料腿保温层，外部安装护板。烟气夹带灰粒进入旋风分离器形成高速气流，形成对分离器内壁磨损，特别水平烟道对面的部分筒壁（俗称靶区），气流直冲，是磨损最严重的部位。安装过程中应注意的问题：,1、分离器外护板要保持同心度，托砖架、拉钩安装牢固且保证尺寸。,2、耐磨砖和耐磨浇注料除保证质量外，安装尺寸也要保证。筒体、锥体和顶部任一截面都要保证同心度，表面整体光滑，避免发生局部严重磨损。与料腿的连接部位要平滑过度，避免发生喉部结焦，引起分离器堵塞。,31,3、膨胀缝整齐，尺寸正确、填料合适。膨胀缝太小，运行中因膨胀不畅，造成炉墙或浇注料脱落；膨胀缝太大，会从膨胀缝引起局部磨损。,32,谢 谢,33,